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Intermetálico de oro y aluminio

Sección transversal esquemática de una placa purpúrea en una unión por cable de alambre de oro sobre una almohadilla de aluminio. (1) Alambre de oro (2) Placa purpúrea (3) Sustrato de cobre (4) Espacio erosionado por la unión por cable (5) Contacto de aluminio
Diagrama de fases de oro y aluminio

El intermetálico oro-aluminio es un tipo de compuesto intermetálico de oro y aluminio que se forma generalmente en los contactos entre los dos metales. Los intermetálicos oro-aluminio tienen propiedades diferentes a las de los metales individuales, como baja conductividad y alto punto de fusión, según su composición. Debido a la diferencia de densidad entre los metales y los intermetálicos, el crecimiento de las capas intermetálicas provoca una reducción del volumen y, por lo tanto, crea espacios en el metal cerca de la interfaz entre el oro y el aluminio. [1]

La formación de espacios reduce la resistencia del compuesto metálico, lo que puede provocar fallos mecánicos en la unión, fomentando los problemas que los intermetálicos provocan en los compuestos metálicos. En microelectrónica , estas propiedades pueden causar problemas en la unión de cables .

Los principales compuestos formados son generalmente Au 5 Al 2 (plaga blanca) y AuAl 2 (plaga púrpura), ambos se forman a altas temperaturas, luego Au 5 Al 2 y AuAl 2 pueden reaccionar aún más con Au para formar un compuesto más estable, Au 2 Al. [2]

Propiedades

El Au 5 Al 2 tiene una conductividad eléctrica baja y un punto de fusión relativamente bajo. La formación de Au 5 Al 2 en la unión provoca un aumento de la resistencia eléctrica, lo que puede provocar una falla eléctrica. [3] El Au 5 Al 2 se forma típicamente con un 95 % de Au y un 5 % de Al en masa, su punto de fusión es de aproximadamente 575 °C, que es el más bajo entre los principales compuestos intermetálicos de oro y aluminio. El AuAl 2 es un compuesto de color púrpura brillante y quebradizo, su composición es de aproximadamente 78,5 % de Au y 21,5 % de Al en masa.

El AuAl 2 es la especie más estable térmicamente de los compuestos intermetálicos Au-Al, tiene un punto de fusión de 1060 °C (ver diagrama de fases), que es similar al punto de fusión del oro puro. El AuAl 2 puede reaccionar con el Au, por lo que a menudo se lo reemplaza por Au 2 Al, una sustancia de color tostado que se forma con una composición de 93 % de Au y 7 % de Al en masa. También es un mal conductor y puede provocar fallas eléctricas en la unión, lo que a su vez conduce a fallas mecánicas.

Vaciamiento

A temperaturas más bajas, alrededor de 400–450 °C, se produce un proceso de interdifusión en la unión, que conduce a la formación de capas de diferentes compuestos intermetálicos de oro y aluminio con diferentes velocidades de crecimiento. Se forman huecos a medida que las capas más densas y de crecimiento más rápido consumen las capas de crecimiento más lento. Este proceso se conoce como vaciado de Kirkendall , que conduce tanto a una mayor resistencia eléctrica como a un debilitamiento mecánico de la unión del cable. Cuando los huecos se forman a lo largo del frente de difusión, este proceso se ve favorecido por los contaminantes presentes en la red, y se conoce como vaciado de Horsting, que es un proceso similar al vaciado de Kirkendall.

Véase también

Referencias

  1. ^ Vertyanov, Denis V.; Belyakov, Igor A.; Timoshenkov, Sergey P.; Borisova, Anna V.; Sidorenko, Vitaly N. (enero de 2020). "Efectos de los compuestos intermetálicos de oro y aluminio en la fiabilidad de las interconexiones de unión de cables de chips". Conferencia IEEE de 2020 de jóvenes investigadores rusos en ingeniería eléctrica y electrónica (EIConRus) . IEEE. págs. 2216–2220. doi :10.1109/EIConRus49466.2020.9039518. ISBN . 978-1-7281-5761-0.
  2. ^ Yang, Haokun; Cao, Ke; Zhao, XiaoTian; Liu, Wei; Lu, Jian; Lu, Yang (enero de 2019). "Transición frágil a dúctil de compuestos intermetálicos Au2Al y AuAl2 en la unión de cables". Revista de ciencia de materiales: materiales en electrónica . 30 (1): 862–866. doi :10.1007/s10854-018-0357-6. ISSN  0957-4522.
  3. ^ Megat Sufi Aniq Mohamad Rosli; Mohd Syakirin Rusdi; Muhammad Hafiz Hassan; Sareh Aiman ​​Hilmi Abu Seman; Nazmi Jamaludin; Omar Abdul Rahman (26 de diciembre de 2023). "Optimización de los parámetros del proceso de unión de alambres para alambre de oro y sustrato de aluminio mediante el método de superficie de respuesta". Revista Internacional de Nanoelectrónica y Materiales (IJNeaM) . 16 (DICIEMBRE): 405–422. doi : 10.58915/ijneam.v16iDICIEMBRE.421 . ISSN  2232-1535.

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